数字四路抢答器设计方案.doc

数字四路抢答器设计方案
一、设计任务
设计并制作一个四路抢答器。

二、设计要求
1.抢答器供4人比赛用，分别有A，B，C，D表示。
2.当按下清零开关时电路复位，这时可以进行下一轮比赛。
3.抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，在LCD数码管上显示，且蜂呜器发出声音。
注：选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

三、设计方案与总体设计
1.本设计主要由COMS系列数字集成电路CD4511、CD4001、NE555等组成。
2.其工作原理为：接通电源后，将开关拨到”清除”状态，抢答器处于禁止状态,编号显示器不亮；将开关置于“开始”状态，抢答器开始工作。在抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、蜂呜发音。当一轮抢答之后，如果再次抢答必须再次操作“清除”和“开始”状态开关抢答器才能工作。

四、单元电路设计
1.开关、编码电路

电路中，R1、R2、R3、R4、用于分压，当任一开关按下时，相应的输出为高电平，否则为低电平。电路直接把每个开关对应的BCD8421码中为“1”的隔着二极管连到对应的线上（只有一个为高电平的可省略二极管）,其中二极管的作用是防止短路。当某个开关按下时,与它相连的输出线将为高电平,其它输出线为低电平,输出既为这个开关的8421码（BCD码）。
2.编码表
（1） 这部分电路要求将编码电路送入8421码,译为十进制数（对应各个抢答者的编号）并驱动七段数码显示管显示出答题者的编号。CD4511是一块BCD-十进制译码/驱动器，并带有锁存埠。其引脚排列图如图所示：

CD4511引脚排列图：

(2)显示电路如下：

3.控制电路
（1）这部分电路的作用完成三个任务：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是使其它选手按键操作无效；三是防止提前按键。
（2）控制电路图

按下未按下“开始”按钮前，CD4511BLANKING引脚为低电平，CD4511不工作，可防止抢答者提前按键。当“开始”按下后，当所有抢答者开关均未按下时，锁存器输出全为低电平，该信号作为锁存器使能端LD的控制信号，使锁存器处于等待接收触发输入状态；当任一开关按下时，输出信号中必有一路为高电平，经逻辑或运算后U1A输出为高电平。一但有高电平输入，不管另一输入端状态如何，输出保持高电平不变，这个电平控制CD4511锁存端使其它按键操作无效。当抢答完成后，按下“清除”按钮强行使U1B输出置零，CD4511锁存解除，开始新一轮抢答。
4.蜂呜器发声电路
该电路主要负责当有抢答信号输入时，SP发出声音以提醒其它人已经有人先抢答了。用集成555定时器组成多谐振荡器。当电路刚接通时，由于电容C1上的电压不会突变，故IC1-2脚为低电平（0V），导致3脚输出高电平。
当电源经R1、R2对C1充电到Vc≥2/3Vcc时，OUT脚输出由高变低，放电管（7脚内的VT23）导通，电容C1经R2和IC1-7脚内导通的VT23进行放电，当Vc≤1/3时，OUT脚输出有低变高，电容器C1再次充电。
上述过程周而复始，从而就形成了振荡，产生的脉冲信号从OUT脚供使用。

五、完整电路原理图和仿真图
（1）原理图（2）仿真图如下：

六、元器件选择
轻触开关:5个 6.00*5元
IN4007 :6个 0.50*6元
电阻20K :6个
电阻330 :8个
电阻12K :1个
电阻51K :1个
电阻20 :1个 0.10*17元
电容1uF :1个
电容103 :1个 0.20*2元
9013    :1个 1.50*1元
蜂呜器 :1个 35.00*1元
50K可调 :1个 3.50*1元
CD4001 :1片 5.00*1元
CD4511 :1片 5.00*1元
NE555   :1片 2.00*1元
数显管 :1个 5.00*1元
PCB板子 :1块 5.00*1元
合计：约70元